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随着近红外光谱分析技术的发展,使得近红外光谱仪被越来越广泛应用于农业、生物学、石化、食品、医药和纺织等领域,与此同时,人们对于近红外光谱仪的要求也越来越高,不仅要求其能够完成稳定可靠的光谱数据采集,还应具有微型化、智能化的特性,这对仪器电子系统和配套的光谱采集与处理软件的设计提出了更高的要求。
本论文基于近红外光谱仪能够稳定可靠的进行光谱数据采集的要求,并综合考虑仪器微型化、智能化的发展趋势,在调研和分析了国内外发展现状的基础上,进行了智能微型近红外光谱仪电子系统和数据处理关键技术的研究。
本文的主要工作包括:
一、通过广泛而深入的调研,分析了近红外光谱仪电子系统和数据处理方法的研究和发展现状,并提出了适用于智能化、微型化近红外光谱仪的电子系统设计方案。
二、采用Cadence软件完成了电子系统硬件的原理图和PCB设计;利用Quartus软件进行了模块化、结构化的FPGA固件编程,不仅可以稳定高效的完成光谱数据采集,还利用了所选FPGA的丰富逻辑资源,实现了光谱信号增益的自动调节功能,使得光谱仪器具有了一定的智能性;在Keil C集成开发环境下进行了对USB控制器的固件编程,不仅实现了高速、可靠的光谱数据传输和各种仪器操作命令的及时响应,还在FPGA固件的配合下,通过自定义的命令数据格式,实现了仪器参数的在线调节功能,提高了仪器的可操作性和智能性。
三、采用基于MFC的Win32多线程机制,设计了与仪器电子系统配套的光谱数据采集与处理软件,该软件集成了光谱数据采集、仪器参数设置、光谱信号预处理和波长标定等功能。在光谱信号预处理中,重点研究了Savitzky-Golay滤波算法的原理,并针对该滤波算法在保护光谱分辨率上的不足,提出了一种基于奇异点检测的SG阈值滤波算法,即RSDSG滤波算法。